解特集 : PC 構造物の非破壊検査技術

説

コンクリート構造物の表層品質測定を対象とした非破壊試験
岸利治＊1・半井健一郎＊2・上田洋＊3

コンクリート構造物の表層品質は，材料や施工によって変動し，とくに物質移動抵抗性に関連した表層品質は構造物の耐久性に大きな影響を及ぼす。これに対し，構造物表層における透気性や吸水性を非破壊で測定する手法が開発され，近年，精力的に研究が進められている。本稿では，表層透気試験や表面吸水試験といった代表的な非破壊試験手法に加え，簡易法として新たに開発された繰返し流水試験などの表層品質試験の概要を紹介する。また，非破壊試験の活用事例として，日本初の本格的なポストテンション PC 桁である第一大戸川橋梁における表層品質の測定結果の概要を紹介する。
キーワード：表層品質，非破壊試験，耐久性例も数多く報告されるようになってきた。

1．は じ め に

本稿では，上記の委員会活動の成果を含め，各種非破壊試験による表層品質評価について紹介する。

コンクリートの品質は，一般には配合要因である水セメント比によって捉えられてきたが，その一方で，とくに表なお，ここでの「表層品質」における「表層」とは，養層品質は材料や施工の影響によって大きく変動することも生や環境の影響を受けて品質が変動し得る領域である 1 ）。

よく知られている。硬化後のコンクリート構造物の表層品

その範囲は，一般には数 cm 程度であるが，コンクリート質に関する検査の重要性が指摘されているものの，設計上の配合などによって変化する。また，表層の「品質」には，の特性値である物質移動抵抗性などの耐久性に関連した品強度や化学抵抗性なども含まれるが，本稿では物質移動抵質は，圧縮強度とは異なり，実構造物では直接に確認され抗性のみを対象とする。この物質移動抵抗性に関する表層てこなかった。

品質が，かぶり厚さとともに，構造物の耐久性能の主要なその一方で，コンクリート構造物の表層品質の測定に関支配要因になる。さらに，コンクリートが曝される環境条する研究の歴史は長く，とくに近年の研究では，コンクリ件によって，構造物の耐久性が決定する。

ート表層における吸水性や透気性を従来とは異なる新しい

2．表層品質に関する非破壊試験方法で評価する手法が開発されるとともに，従来法を用いた有効活用策も提案されている。たとえば，著者らが中心コンクリート構造物の表層品質を非破壊あるいは微破壊となって活動した土木学会の「構造物表層のコンクリートによって測定する研究は，1973 年の Figg の研究 4 ）に代表1，品質と耐久性能検証システム研究小委員会（335 委員会）されるように古くから行われており，また，RILEM の委」や「歴代構造物品質評価／品質検査制度研究小委員会員会（TC116-PCD，TC189-NEC，TC230-PSC）の継続的2）（216 委員会） 」をはじめ，さまざまな検討が国内外で行な活動など，とくに欧州で精力的に研究が進められてきわれている。これらの研究の成果を受けて，コンクリートた。国内では，建築分野の笠井らが先駆的な研究を行っての表層品質の測定結果を施工段階の品質管理に活用したいた。さらに近年では，国内の土木分野でも関連研究が活り，あるいは，既設構造物の品質評価に活用したりする事発となり，新たな手法の考案を含め，数多くの研究成果が3）＊1

Toshiharu KISHI

東京大学
生産技術研究所 教授＊2＊3

Kenichiro NAKARAI

Hiroshi UEDA

鉄道総合技術研究所
コンクリート材料室長

広島大学大学院
工学研究院 准教授

20

プレストレストコンクリート

特集 / 解説
気の影響が大きく，表層品質の評価が困難とされていた。

発表されている。本章では，コンクリートの透気性や吸水ダブルチャンバー法は，内外の二重構造のチャンバーに性によって表層品質を評価するものの各種試験法を概説す

よって巻き込み空気の影響を低減するために，Torrent にる。

よって開発された手法 14，16）である。外部チャンバーの気

なお，より詳細には，本稿で紹介する各試験法に関する原典のほか，各種解説文
2.1

5 ，6 ，7 ，8 ，9 ）

圧を内部チャンバーと等圧となるように制御することで，が参考となる。

透気試験

測定対象となる内部チャンバーには深さ方向に一次元の透コンクリート構造物の表層品質を透気性から評価する手気流が形成されるようにしている。また，氏家らのシール法が数多く提案されている。二酸化炭素や酸素の透過性と法 15）では，コンクリート表面を円形に気密処理し，その直接に関係するデータが得られ，耐久性との相関も高い手中央に取り付けたチャンバーから空気を吸い出す。これに法である。

よってコンクリート内部の透気領域を半球状とすることがまず，Figg 4 ）により，微破壊試験である削孔法が提案さでき，透気係数が算出できる。

れた。コンクリートの表面からに 10 mm の径で削孔して表層透気試験のうち，ダブルチャンバー法であるトレン

プラスチック製のプラグで栓をし，中に差し込んだ中空のト法が，最近，広く活用されている。スイスでは，SIA針を通して孔内部の圧力を下げ，規定された圧力変化に要262/1 に規格化され，試験の実施方法の手順や評価方法なする時間を求めるものである。Dhir らによる改良手法 10）

どの詳細が示されている 17）。これまでに，円柱試験体をのほか，笠井 11）も同様の試験方法を提案している。後述

用いた透気試験である CEMBUREAU 法との透気係数の良するようなごく表層の脆弱層の影響などを緩和できるもの

好な一致が報告されているほか，中性化や塩化物イオンのの，完全非破壊ではないという点などに課題がある。

拡散係数との相関も報告されている（図 - 2）7 ）。

非破壊試験としては，シングルチャンバー法，ダ12，13）25

500 日後の中性化深さ（mm）

ブルチャンバー法 14），シール法 15）などの表層透気試験が開発されている（図 - 1）。いずれもコンクリート表面にチャンバーを取り付け，減圧または加圧を行って圧力変化を計測するものである。減圧した場合には，それによってチャンバーをコンクリート表面に密着できる。
最初に開発されたシングルチャンバー法 12）は，機構が明快で，非破壊かつ短時間で測定が可能な画期的な手法であったが，コンクリート表面の脆弱層を介した巻き込み空⒜シングルチャンバー法

空気の流れ

2015
1050ても低い
低い
0.001と透気性0.01 透気性

チャンバー0.1

普通の透気性1高い
透気性ても高い10 と透気性100

材齢 28 日での透気係数 kT（ 10−16 m2）

コンクリート表面図- 22.2

コンク
リート

表層透気試験で計測した透気係数と中性化 7 ）

吸水試験

コンクリートの表層品質を吸水性や透水性から評価する手法も数多く提案されている。コンクリートの劣化の多く⒝

ダブルチャンバー法には水が強く関与していることから，コンクリートの密実内チャンバー（測定用）
外チャンバー

さとともに，劣化要因となる水の浸透可能性を直接的に評価できると考えられる。微破壊試験である削孔法や非破壊試験である表面吸水試験や流水試験，散水試験などがあコンクリート表面る。
削孔法は，透気試験と同様に，コンクリート表面に小さコンク
リート

⒞

シール法

な空洞を設け，そこから吸水させるものである。透気試験と吸水試験を併用する場合も多い。後述する表面吸水試験などの課題である，測定深さが 10 〜 15 mm 程度と一般的

チャンバー
コンクリート
表面のシールなかぶりに対して小さいこと，表面被覆やレイタンス，炭酸化などの表面状態の影響が大きいことなどを改善するために提案された手法である。Figg 4 ），Dhir ら 10），笠井ら，月永ら 18）など数多くの研究がある。

11）

空気の流れ

図- 1

コンクリート

表面吸水試験は，構造物表面に容器を取り付けて水を満たし，吸水量の時間変化を測定するものである（図 - 3）。

各種表層透気試験の概要と空気の流れのイメージ

LBS 1881-5（1996 年より BS 1881-208）に規格化されたISAT（Initial surface Absorption Test），透気試験や透水試験

Vol.56, No.6, Nov. 201421

特集 / 解説

シリンダー

ピペット

吸水カップ
コンクリート
表面抑制システム前
Nランプ
瀬々川
下水処理施設

0.25
0.20
0.15

10

R2=0.8859
R2=0.9045

R2=0.8479

50

R2=0.9074

40

R2=0.9623020

R =0.97862105回
10回
15回

0000.10

図- 60.05

コンク
リート

流水試験の様子 22）と原理

浸透深さ（mm）

図- 5
中性化深さ（mm）

表面吸水試験装置の概要と水の流れ

0.30

相対度数

コンク
リート
表面コンク
リート

水の流れ

図- 3

水の流れ（流下）

水の流れ
（吸水）

204060流水距離（cm）

0406020
流水距離（cm）

繰り返し流水試験で得られた流水距離と中性化
深さおよび塩化物イオン浸透深さとの関係 22）

0.00
0.00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.60.7

水距離を測定したうえで，採取したコアの中性化深さの測

10 分時点での表面吸水速度（ml/m /s）2

図- 4

実構造物で測定された吸水速度の分布

定と室内での塩化物イオンの浸透試験を行い，相関を分析した。いずれも良好な相関を示したが，流水 1 回の試験で20）は，中性化深さと 0.7296，浸透深さと 0.8547 であった決と組み合せた Autoclam 12，19）の 2 つの手法がよく知られて定係数が，繰り返し流水試験では向上していることが示さいる。国内では，最近，装置の固定や水の供給方法などをれた。
散水試験は西尾らにより提案されたものであり，手動式改良した SWAT（Surface Water Absporption Test）が林・細によって提案されている。SWAT では，真空ポンのスプレーを用いてコンクリート表面の同一箇所に一定量プを用いて吸水カップを固定するとともに，5 秒という短の水を繰り返し散水し，表面色の変化の観測を行うもので時間で注水を完了し，自動計測を行うことができる。図ある 24）。鉛直面への散水の場合には，余剰水の流水距離

田20，21）- 4 は SWAT で計測した実構造物の結果である。注水からも測定される。表層品質が高いほど少ない散水回数でコン

10 分時点での表面吸水速度の相対度数分布より，ひび割クリート表層が飽和し，表面色の変化が収束するとともにれ抑制システムによって施工の基本事項の遵守が徹底され流水距離が長くなることを定量的に評価している。

た後の構造物（N ランプおよび瀬々川）では，それ以前の2.3構造物と比べて表面吸水速度の平均値やばらつきが小さくこれまでに，強度や硬度の測定を目的とした非破壊試験なり，表層品質が向上していることが示されている。

その他の試験は，すでに多くの研究成果や実績がある。コンクリートのさらにより簡便な表層品質の測定手法として，流水試験

密実性を評価するという観点からは，耐久性を左右する物や散水試験が提案されている。いずれも，コンクリート表質透過性に関する表層品質を，間接的に評価できるものと面に与えた水は，表層品質が劣って吸水性が高い場合には考えられる。リバウンドハンマー試験のほか，たとえば，すぐに吸収され，品質が高い場合には吸収されずに流下す超音波試験（透過法，土研法）や衝撃弾性波（接触時間）るという現象を活用している。

試験による検討事例も報告されている 1 ）2 ）。

流水試験は，デジタルマイクロピペットを用いてコンクまた，さらに簡便な方法として，コンクリート表面の性リートの表面に一定量の水を流下させ，流水距離を測定す状を目視観察により点数化する目視評価に関して，表層品るもので，表層品質が高いほど流水距離が長くなる（図質との相関も分析されている 25）。

- 5） 。地濃らは，リバウンドハンマーによる反発度と
22）

3．PC 構造物における表層品質の測定例

流水距離との相関性を検討した 23） が，家辺らは，1 回の流水ではごく表層の影響を強く受けるとして，同じ個所か近年，コンクリート構造物の表層品質の測定事例は飛躍

ら水を繰り返し流下させて内部に水を浸透させる「繰り返的に増え，数多くの事例が報告されている。ここではとくし流水試験」を提案している 22）。にプレストレストコンクリート構造物の測定例として，土図 - 6 は屋外に作製された中規模柱試験体における測木学会の 335 委員会および 216 委員会による，第一大戸川橋梁の調査報告を紹介する。

定例である。材齢 15 か月において，流水試験によって流22

プレストレストコンクリート

特集 / 解説
第一大戸川橋梁は，信楽高原鐵道 ㈱ の勅旨・玉桂寺前駅間（滋賀県甲賀市）に位置し，一級河川大戸川を渡る単線 4 主桁の PC 橋梁である（写真 - 1）。日本初の本格的なポストテンション PC 桁として，1954（昭和 29）年に当時の日本国有鉄道により架設されたもので，支間 30 m，支間中央の桁高は 1.3 m である。

写真 - 2
表- 2

線路脇に静置されている標準桁 1 ）第一大戸川橋梁調査における実施項目 1 ）調査項目
外観調査（外観の状況，中性化の状況，表面含水率測定）

外観調査
現地調査

写真 - 1

第一大戸川橋梁採取したコアによる調査

この橋梁については，建設の陣頭指揮を執られた仁杉巌
博士により詳細な報告がなされている 26）。PC 桁の配合は物質移動抵抗性等

表層透気試験，表面吸水試験

強度特性等

テストハンマー試験，弾性波試験

材料・配合等配合推定，粗骨材の比表面積測定，粉末X 線回折分析，EPMA 分析

空隙構造等

空隙構造分析，気泡間隔係数測定

物質移動抵抗性等

透気係数測定，透水係数測定，中性化深さ測定，促進中性化試験，酸素拡散係数測定，水分逸散・乾燥収縮試験

強度特性等

圧縮強度・静弾性係数・ポアソン比測定，動弾性係数測定，微小硬度分布測定

表 - 1 のとおりで，セメントには早強ポルトランドセメ
中性化深さはほぼ 0 mm であり，調査メンバーはその品質ント（浅野ベロセメント）が使用された。最初に製作された桁はスランプが 3.0 cm で，その後に製作された 3 つのの高さを目の当たりにした（写真 - 3）。図 - 7 は，非破桁はスランプが 2.0 cm と小さい。また，このコンクリー

壊試験における測定結果の一例で 27，3 ），第一大戸川橋梁

トでは硬化初期の発熱が懸念されたため，施工後 7 日間はの PC 桁における表層透気係数は，他のさまざまなコンク上面を濡れむしろで覆い，さらに上側に配置した竹樋からリート構造物と比べてきわめて小さいことがわかる。この15 〜 16 ℃の冷水を絶えず流して桁全面を湿潤状態におく

コンクリートではリバウンドハンマー試験における基準反とともに，シース内に同様の冷水を順次流通させてコンク発度も高い値を示しており，その他の非破壊試験や標準桁リートの温度上昇を防いでいる。

からの採取コアを用いた各種試験においても，物質移動抵抗性に優れた高い品質を示すデータが得られている。

表- 1
桁番号

PC 桁の配合

Gmax スランプ W/C（mm） （cm） （％）26）

単位量（kg/m3）
WCSG

1253.036162450549

1 263

2〜 4252.036156430560

1 292

この橋梁の建設にあたっては，主桁と同一断面を有し，同一条件で製作されかつ同一条件におかれた無載荷の桁（標準桁）が 2 体作製され，現在も第一大戸川橋梁の近くに静置されている（写真 - 2）。
前述の土木学会 335 委員会では，コンクリートの表層品質評価に関する研究の中で，耐久性に優れた構造物を定量的に検証・実感するためのフラッグシップと位置付けて，
写真 - 3

第一大戸川橋梁におけるコンクリートの品質調査を 2007

標準桁の中性化深さ測定 1 ）（平成 19）年に実施した 。この調査では，表 - 2 に示す
1）

この委員会では，第一大戸川橋梁に用いられたコンクリ項目について調査が行われ，実桁のほかに標準桁も活用さートの表層品質を検証することを通じて，品質評価手法のれた。

レベルアップを目指したが，結果的に第一大戸川橋梁に用調査時には建設から 53 年を経過していたが，標準桁のVol.56, No.6, Nov. 201423

補正表層透気係数 kT（ 10−16m2）

特集 / 解説
土木学会，2009

0.001

4 ）Figg, J.W.：Methods of measuring the air and water permeability of

第一大戸川橋梁実桁

0.01

concrete, Magazine of concrete research, Vol.25, No.85, pp.213-219,
19735 ）Hall, C.：Water sorptivity of mortars and concrete：a review,0.1

Magazine of Concrete Research, Vol.41, No.147, pp.51-61, 1989
6 ）氏家

1

勲：実構造物におけるかぶりコンクリートの吸水性，透水性，透気性の測定方法，コンクリート工学，Vol.32，No.12，pp.62-66，1994

107 ）RILEM TC 189-NEC：Non-Destructive Evaluation of the Penetrability

100303540

45505560

and Thickness of the Concrete Cover- State- of- the- Art Report of65

RILEM Technical Committee 189-NEC, RILEM Report 40, 2007基準反発度 R

図- 78 ）Concrete Society：Permeability testing of site concrete, Concrete

表層透気試験と基準反発度の測定結果

Society Technical Report, No.31, 20089 ）湯浅（＊文献 27）をもとに文献 3）の情報を加えて作成）

昇，野中

英：透水性，建築技術，No.703，pp.138-139，

200810）Dir, R.K., Howlett, P.C., and Chan, Y.N. : Near-surface characteristics

いられた PC 桁の高い品質を再認識することになった。そof concrete：assessment and development of in situ test methods,

して，建設時の材料や配合の適切な選定および基本に忠実

Magazine of Concrete Research, Vol.39, No.141, pp.183-195, 1987

で丁寧な施工がコンクリートの表層品質も高めること，ま11）笠井芳夫ほか：簡易な試験による構造体コンクリートの品質評
価の試み，セメント・コンクリート，No.559，pp.20-28，1993

た各種の非破壊試験によってその表層品質を評価可能であ12）Schönlin, K. and Hilsdorf, H.：Evaluation of the effective ness ofることが示された。

curing of concrete structreus, ACI SP-100, Concrete durability,

第一大戸川橋梁は，建設時にもプレストレストコンクリ

pp.207-226, 1987

ートの発展に大きな功績を残したが，その良好な品質をも

13）Basheer, P. : The Autoclam - a new test for permeability, Concrete,とに，コンクリートの表層品質評価技術の発展においてもVol.28, No.4, pp.27-29, 1994
14）Torrent, R.J. : A two - chamber vacuum cell for measuring the大きな功績を残したといえる。

coefficient of permeability to air of the concrete cover on site,

4．お わ り にMaterials and Structures, Vol.25, pp.358-365, 1992
15）氏家

物質移動抵抗性に関するコンクリートの表層品質は，研勲ほか：実構造物でのコンクリートの透気係数の測定方

法 に 関 す る 検 討， セ メ ン ト・ コ ン ク リ ー ト 論 文 集，Vol.62，

究上はその重要性が古くから認識されており，室内試験はpp.197-204，2008
16）http : //www. m-a-s. com. ar/eng/product. php

数多く実施されてきたが，実構造物での計測は一般的では

17）http : //www.m-a-s. com. ar/pdf/ANNEX%20E%20SIA%20262-1.pdfなかった。しかし，本稿で紹介したように，数多くの手法

18）月永洋一ほか：簡易試験による表層部コンクリートの透過性評が開発されるとともに，PC 構造物を含めた実構造物の測価に関する研究，日本建築学会構造系論文集，No.506，pp.7-

定事例も増えつつある。今後，新設構造物を対象とした竣

14，1998

工検査や耐久性検証などに向けた，さらなる活用が期待さ

19）http : //www.amphorandt.com/

れる。

20）林謝

21）https : //sites. google. com/site/concreteswat/

本稿において紹介した第一大戸川橋梁の調査は，信楽高22）家辺真理子ほか：水の流下試験によるコンクリート表層の品質
評 価 に 関 す る 研 究， コ ン ク リ ー ト 工 学 年 次 論 文 集，Vol.34，

び 216 委員会で実施したものである。ここに関係各位に感No.1，pp.670-675，201223）地濃茂雄，佐藤茂治：打放しコンクリート外壁面における雨水謝の意を表する。の吸水・流下に関する検討，第 65 回セメント技術大会講演要旨，
pp.156-157，2011.5

参考文献24）西尾壮平ほか：コンクリート表面における散水時の明度変化特1 ） 土 木 学 会 コ ン ク リ ー ト 委 員 会： コ ン ク リ ー ト 技 術 シ リ ー ズ

性および水の流下特性による表層品質の非破壊評価，セメント・構造物表面のコンクリート品質と耐久性能検証システム

コンクリート論文集，Vol.66, pp.303-310, 2012

研究小委員会（335 委員会）成果報告書およびシンポジウム講25）坂田演論文集，土木学会，2008

26）仁杉

構造物表層のコンクリート品質と耐久性能検証システム

巌：支間 30 m のプレストレストコンクリート鉄道橋（信楽線第一大戸川橋梁）の設計，施工及びこれに関連して行った研究小委員会（JSCE335 委員会）第二期成果報告書およびシン実験研究の報告，土木学会論文集，Vol.27，1955

ポジウム講演論文集，土木学会，201227）蔵重3 ） 土 木 学 会 コ ン ク リ ー ト 委 員 会： コ ン ク リ ー ト 技 術 シ リ ー ズ
No.87

昇ほか：コンクリート構造物の品質向上と表層品質評価

手法，コンクリート工学，Vol.50，No.7，pp.601-606，2012

2 ） 土 木 学 会 コ ン ク リ ー ト 委 員 会： コ ン ク リ ー ト 技 術 シ リ ー ズ
No.80

暁：表面吸水試験によるコンクリート構造物

E2，Vol.69，No.1，pp.82-97，2013

辞原鐵道株式会社のご協力のもと，土木学会 335 委員会およNo.80

和彦，細田の表層品質の評価方法に関する基礎的研究，土木学会論文集

勲ほか：実構造物および室内供試体を対象に非破壊評価したコンクリートの反発度と表層透気性の関係，土木学会第 64

歴代構造物品質評価／品質検査制度研究小委員会（216回年次学術講演会 V 部門，pp.383-384，2009委員会）成果報告書およびシンポジウム講演概要集，pp.15-17，【2014 年 10 月 1 日受付】

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